Contribution à l'étude d'alternateurs automobiles : caractérisation des pertes en vue d'un dimensionnement optimal

Contribution to the study of automotive alternators : characterization of loss for an optimal design

• Auteur / Autrice : Anthony Gimeno
• Direction : Guy Friedrich, Stéphane Vivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Technologies de l'information et des systèmes
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Productivité

Pollution

Pollution -- Lutte contre

Moteurs thermiques

Plan d'expérience

Générateurs électriques

Automobiles -- Alternateurs

Mots clés libres

Pertes séparées

Pertes fer

Cycles VDA

Machines double excitation

Modélisation

Expérimentation (statistique)

Courant circulant

Résumé

L’arrivée de normes anti-pollution de plus en plus strictes ainsi que l’augmentation du prix du pétrole poussent les équipementiers et les constructeurs automobiles à la recherche de solutions de plus en plus propres pour l’avenir. Cette thèse s’inscrit dans ce contexte et se veut être une contribution à l’amélioration du rendement de la fonction génératrice automobile au sein d’un véhicule à propulsion thermique. Pour se faire, deux approches sont envisagées. Au cours de la première approche, une étude est réalisée sur la machine actuelle ainsi que sur les candidates à son remplacement. Afin de cibler et de comprendre l’évolution des différentes pertes, une modélisation analytique et énergétique de celle-ci est faite et une étude sur cycle VDA est réalisée. Nous soulignons l’importance des pertes fer dans une structure à griffes et étudions de ce fait l’influence de différents facteurs sur cette évolution. L’intérêt d’un couplage triangle au stator en termes de perte fer est souligné et l’apport d’un courant circulant à vide en termes de perte Joule est quantifié. Une étude est de plus réalisée sur la complémentarité d’une approche expérimentale et éléments finis sur une répartition des pertes fer stator / rotor à vide. Enfin, l’impact du redresseur sur la propagation des pertes fer est étudié. La deuxième approche nous conduit au dimensionnement d’une structure hybride à rotor bobiné et aimants inter polaires. Dans cette étude, nous proposons un couplage entre un dimensionnement analytique et éléments finis à travers la mise en place de plans d’expériences. Cette étude aboutie sur une cartographie de rendement de la structure hybride et souligne ainsi son intérêt en termes de rendement par rapport à une structure à griffes.

The advent of more stringent anti-pollution standards and the rising of oil price, lead car manufacturers and automotive suppliers to find efficient solutions for our future. This thesis is a contribution to improving the performance of the electrical generating function in a thermal powertrain. Two approaches are considered in this work. In the first approach, a study is done on the current machine (called Lundell structure or claw pole machine). In a second approach, we design a structure abble to replace the claw pole alternator. To identify and understand the evolution of the different losses, a characterization of losses is made and a study on VDA cycle is completed. We stress the importance of iron losses in claw pole structure and thereby study the influence of various factors on its evolution. The interest of a delta conexion in terms of stator iron losses is emphasized and the impact of this current in terms of copper losses is quantified. A study is conducted over the complementarity of experimental and finite element approach on the repartition of iron losses between the stator and the rotor of this structure. Finally, the impact of the rectifier on the evolution of iron losses is studied. During this first approach, we also propose an analytical modeling of the machine and his efficiency. The second approach leads to design an hybrid structure based on a wound rotor synchronous machine with interpolar magnets. In this study, we propose a coupling between an analytical design and a finite element one through the establishment of experimental designs. This study leads to an efficiency map of the hybrid structure, highlighting its value in terms of performance relative to a claw pole machine.